MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  dchrisum0fmul Unicode version

Theorem dchrisum0fmul 21188
Description: The function  F, the divisor sum of a Dirichlet character, is a multiplicative function (but not completely multiplicative). Equation 9.4.27 of [Shapiro], p. 382. (Contributed by Mario Carneiro, 5-May-2016.)
Hypotheses
Ref Expression
rpvmasum.z  |-  Z  =  (ℤ/n `  N )
rpvmasum.l  |-  L  =  ( ZRHom `  Z
)
rpvmasum.a  |-  ( ph  ->  N  e.  NN )
rpvmasum2.g  |-  G  =  (DChr `  N )
rpvmasum2.d  |-  D  =  ( Base `  G
)
rpvmasum2.1  |-  .1.  =  ( 0g `  G )
dchrisum0f.f  |-  F  =  ( b  e.  NN  |->  sum_ v  e.  { q  e.  NN  |  q 
||  b }  ( X `  ( L `  v ) ) )
dchrisum0f.x  |-  ( ph  ->  X  e.  D )
dchrisum0fmul.a  |-  ( ph  ->  A  e.  NN )
dchrisum0fmul.b  |-  ( ph  ->  B  e.  NN )
dchrisum0fmul.m  |-  ( ph  ->  ( A  gcd  B
)  =  1 )
Assertion
Ref Expression
dchrisum0fmul  |-  ( ph  ->  ( F `  ( A  x.  B )
)  =  ( ( F `  A )  x.  ( F `  B ) ) )
Distinct variable groups:    q, b,
v, A    N, q    B, b, q, v    L, b, v    X, b, v
Allowed substitution hints:    ph( v, q, b)    D( v, q, b)    .1. ( v, q, b)    F( v, q, b)    G( v, q, b)    L( q)    N( v, b)    X( q)    Z( v, q, b)

Proof of Theorem dchrisum0fmul
Dummy variables  k 
i  j are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 dchrisum0fmul.a . . 3  |-  ( ph  ->  A  e.  NN )
2 dchrisum0fmul.b . . 3  |-  ( ph  ->  B  e.  NN )
3 dchrisum0fmul.m . . 3  |-  ( ph  ->  ( A  gcd  B
)  =  1 )
4 eqid 2435 . . 3  |-  { q  e.  NN  |  q 
||  A }  =  { q  e.  NN  |  q  ||  A }
5 eqid 2435 . . 3  |-  { q  e.  NN  |  q 
||  B }  =  { q  e.  NN  |  q  ||  B }
6 eqid 2435 . . 3  |-  { q  e.  NN  |  q 
||  ( A  x.  B ) }  =  { q  e.  NN  |  q  ||  ( A  x.  B ) }
7 rpvmasum2.g . . . 4  |-  G  =  (DChr `  N )
8 rpvmasum.z . . . 4  |-  Z  =  (ℤ/n `  N )
9 rpvmasum2.d . . . 4  |-  D  =  ( Base `  G
)
10 rpvmasum.l . . . 4  |-  L  =  ( ZRHom `  Z
)
11 dchrisum0f.x . . . . 5  |-  ( ph  ->  X  e.  D )
1211adantr 452 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  j  e.  { q  e.  NN  | 
q  ||  A }
)  ->  X  e.  D )
13 elrabi 3082 . . . . . 6  |-  ( j  e.  { q  e.  NN  |  q  ||  A }  ->  j  e.  NN )
1413nnzd 10363 . . . . 5  |-  ( j  e.  { q  e.  NN  |  q  ||  A }  ->  j  e.  ZZ )
1514adantl 453 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  j  e.  { q  e.  NN  | 
q  ||  A }
)  ->  j  e.  ZZ )
167, 8, 9, 10, 12, 15dchrzrhcl 21017 . . 3  |-  ( (
ph  /\  j  e.  { q  e.  NN  | 
q  ||  A }
)  ->  ( X `  ( L `  j
) )  e.  CC )
1711adantr 452 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  k  e.  { q  e.  NN  | 
q  ||  B }
)  ->  X  e.  D )
18 elrabi 3082 . . . . . 6  |-  ( k  e.  { q  e.  NN  |  q  ||  B }  ->  k  e.  NN )
1918nnzd 10363 . . . . 5  |-  ( k  e.  { q  e.  NN  |  q  ||  B }  ->  k  e.  ZZ )
2019adantl 453 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  k  e.  { q  e.  NN  | 
q  ||  B }
)  ->  k  e.  ZZ )
217, 8, 9, 10, 17, 20dchrzrhcl 21017 . . 3  |-  ( (
ph  /\  k  e.  { q  e.  NN  | 
q  ||  B }
)  ->  ( X `  ( L `  k
) )  e.  CC )
2214, 19anim12i 550 . . . 4  |-  ( ( j  e.  { q  e.  NN  |  q 
||  A }  /\  k  e.  { q  e.  NN  |  q  ||  B } )  ->  (
j  e.  ZZ  /\  k  e.  ZZ )
)
2311adantr 452 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  ( j  e.  ZZ  /\  k  e.  ZZ ) )  ->  X  e.  D )
24 simprl 733 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  ( j  e.  ZZ  /\  k  e.  ZZ ) )  -> 
j  e.  ZZ )
25 simprr 734 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  ( j  e.  ZZ  /\  k  e.  ZZ ) )  -> 
k  e.  ZZ )
267, 8, 9, 10, 23, 24, 25dchrzrhmul 21018 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  ( j  e.  ZZ  /\  k  e.  ZZ ) )  -> 
( X `  ( L `  ( j  x.  k ) ) )  =  ( ( X `
 ( L `  j ) )  x.  ( X `  ( L `  k )
) ) )
2726eqcomd 2440 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  ( j  e.  ZZ  /\  k  e.  ZZ ) )  -> 
( ( X `  ( L `  j ) )  x.  ( X `
 ( L `  k ) ) )  =  ( X `  ( L `  ( j  x.  k ) ) ) )
2822, 27sylan2 461 . . 3  |-  ( (
ph  /\  ( j  e.  { q  e.  NN  |  q  ||  A }  /\  k  e.  { q  e.  NN  |  q 
||  B } ) )  ->  ( ( X `  ( L `  j ) )  x.  ( X `  ( L `  k )
) )  =  ( X `  ( L `
 ( j  x.  k ) ) ) )
29 fveq2 5719 . . . 4  |-  ( i  =  ( j  x.  k )  ->  ( L `  i )  =  ( L `  ( j  x.  k
) ) )
3029fveq2d 5723 . . 3  |-  ( i  =  ( j  x.  k )  ->  ( X `  ( L `  i ) )  =  ( X `  ( L `  ( j  x.  k ) ) ) )
311, 2, 3, 4, 5, 6, 16, 21, 28, 30fsumdvdsmul 20968 . 2  |-  ( ph  ->  ( sum_ j  e.  {
q  e.  NN  | 
q  ||  A } 
( X `  ( L `  j )
)  x.  sum_ k  e.  { q  e.  NN  |  q  ||  B } 
( X `  ( L `  k )
) )  =  sum_ i  e.  { q  e.  NN  |  q  ||  ( A  x.  B
) }  ( X `
 ( L `  i ) ) )
32 rpvmasum.a . . . . 5  |-  ( ph  ->  N  e.  NN )
33 rpvmasum2.1 . . . . 5  |-  .1.  =  ( 0g `  G )
34 dchrisum0f.f . . . . 5  |-  F  =  ( b  e.  NN  |->  sum_ v  e.  { q  e.  NN  |  q 
||  b }  ( X `  ( L `  v ) ) )
358, 10, 32, 7, 9, 33, 34dchrisum0fval 21187 . . . 4  |-  ( A  e.  NN  ->  ( F `  A )  =  sum_ j  e.  {
q  e.  NN  | 
q  ||  A } 
( X `  ( L `  j )
) )
361, 35syl 16 . . 3  |-  ( ph  ->  ( F `  A
)  =  sum_ j  e.  { q  e.  NN  |  q  ||  A } 
( X `  ( L `  j )
) )
378, 10, 32, 7, 9, 33, 34dchrisum0fval 21187 . . . 4  |-  ( B  e.  NN  ->  ( F `  B )  =  sum_ k  e.  {
q  e.  NN  | 
q  ||  B } 
( X `  ( L `  k )
) )
382, 37syl 16 . . 3  |-  ( ph  ->  ( F `  B
)  =  sum_ k  e.  { q  e.  NN  |  q  ||  B } 
( X `  ( L `  k )
) )
3936, 38oveq12d 6090 . 2  |-  ( ph  ->  ( ( F `  A )  x.  ( F `  B )
)  =  ( sum_ j  e.  { q  e.  NN  |  q  ||  A }  ( X `  ( L `  j
) )  x.  sum_ k  e.  { q  e.  NN  |  q  ||  B }  ( X `  ( L `  k
) ) ) )
401, 2nnmulcld 10036 . . 3  |-  ( ph  ->  ( A  x.  B
)  e.  NN )
418, 10, 32, 7, 9, 33, 34dchrisum0fval 21187 . . 3  |-  ( ( A  x.  B )  e.  NN  ->  ( F `  ( A  x.  B ) )  = 
sum_ i  e.  {
q  e.  NN  | 
q  ||  ( A  x.  B ) }  ( X `  ( L `  i ) ) )
4240, 41syl 16 . 2  |-  ( ph  ->  ( F `  ( A  x.  B )
)  =  sum_ i  e.  { q  e.  NN  |  q  ||  ( A  x.  B ) }  ( X `  ( L `  i )
) )
4331, 39, 423eqtr4rd 2478 1  |-  ( ph  ->  ( F `  ( A  x.  B )
)  =  ( ( F `  A )  x.  ( F `  B ) ) )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:    -> wi 4    /\ wa 359    = wceq 1652    e. wcel 1725   {crab 2701   class class class wbr 4204    e. cmpt 4258   ` cfv 5445  (class class class)co 6072   1c1 8980    x. cmul 8984   NNcn 9989   ZZcz 10271   sum_csu 12467    || cdivides 12840    gcd cgcd 12994   Basecbs 13457   0gc0g 13711   ZRHomczrh 16766  ℤ/nczn 16769  DChrcdchr 21004
This theorem is referenced by:  dchrisum0flblem2  21191
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-3 7  ax-mp 8  ax-gen 1555  ax-5 1566  ax-17 1626  ax-9 1666  ax-8 1687  ax-13 1727  ax-14 1729  ax-6 1744  ax-7 1749  ax-11 1761  ax-12 1950  ax-ext 2416  ax-rep 4312  ax-sep 4322  ax-nul 4330  ax-pow 4369  ax-pr 4395  ax-un 4692  ax-inf2 7585  ax-cnex 9035  ax-resscn 9036  ax-1cn 9037  ax-icn 9038  ax-addcl 9039  ax-addrcl 9040  ax-mulcl 9041  ax-mulrcl 9042  ax-mulcom 9043  ax-addass 9044  ax-mulass 9045  ax-distr 9046  ax-i2m1 9047  ax-1ne0 9048  ax-1rid 9049  ax-rnegex 9050  ax-rrecex 9051  ax-cnre 9052  ax-pre-lttri 9053  ax-pre-lttrn 9054  ax-pre-ltadd 9055  ax-pre-mulgt0 9056  ax-pre-sup 9057  ax-addf 9058  ax-mulf 9059
This theorem depends on definitions:  df-bi 178  df-or 360  df-an 361  df-3or 937  df-3an 938  df-tru 1328  df-ex 1551  df-nf 1554  df-sb 1659  df-eu 2284  df-mo 2285  df-clab 2422  df-cleq 2428  df-clel 2431  df-nfc 2560  df-ne 2600  df-nel 2601  df-ral 2702  df-rex 2703  df-reu 2704  df-rmo 2705  df-rab 2706  df-v 2950  df-sbc 3154  df-csb 3244  df-dif 3315  df-un 3317  df-in 3319  df-ss 3326  df-pss 3328  df-nul 3621  df-if 3732  df-pw 3793  df-sn 3812  df-pr 3813  df-tp 3814  df-op 3815  df-uni 4008  df-int 4043  df-iun 4087  df-br 4205  df-opab 4259  df-mpt 4260  df-tr 4295  df-eprel 4486  df-id 4490  df-po 4495  df-so 4496  df-fr 4533  df-se 4534  df-we 4535  df-ord 4576  df-on 4577  df-lim 4578  df-suc 4579  df-om 4837  df-xp 4875  df-rel 4876  df-cnv 4877  df-co 4878  df-dm 4879  df-rn 4880  df-res 4881  df-ima 4882  df-iota 5409  df-fun 5447  df-fn 5448  df-f 5449  df-f1 5450  df-fo 5451  df-f1o 5452  df-fv 5453  df-isom 5454  df-ov 6075  df-oprab 6076  df-mpt2 6077  df-1st 6340  df-2nd 6341  df-tpos 6470  df-riota 6540  df-recs 6624  df-rdg 6659  df-1o 6715  df-oadd 6719  df-er 6896  df-ec 6898  df-qs 6902  df-map 7011  df-en 7101  df-dom 7102  df-sdom 7103  df-fin 7104  df-sup 7437  df-oi 7468  df-card 7815  df-pnf 9111  df-mnf 9112  df-xr 9113  df-ltxr 9114  df-le 9115  df-sub 9282  df-neg 9283  df-div 9667  df-nn 9990  df-2 10047  df-3 10048  df-4 10049  df-5 10050  df-6 10051  df-7 10052  df-8 10053  df-9 10054  df-10 10055  df-n0 10211  df-z 10272  df-dec 10372  df-uz 10478  df-rp 10602  df-fz 11033  df-fzo 11124  df-fl 11190  df-mod 11239  df-seq 11312  df-exp 11371  df-hash 11607  df-cj 11892  df-re 11893  df-im 11894  df-sqr 12028  df-abs 12029  df-clim 12270  df-sum 12468  df-dvds 12841  df-gcd 12995  df-struct 13459  df-ndx 13460  df-slot 13461  df-base 13462  df-sets 13463  df-ress 13464  df-plusg 13530  df-mulr 13531  df-starv 13532  df-sca 13533  df-vsca 13534  df-tset 13536  df-ple 13537  df-ds 13539  df-unif 13540  df-0g 13715  df-imas 13722  df-divs 13723  df-mnd 14678  df-mhm 14726  df-grp 14800  df-minusg 14801  df-sbg 14802  df-mulg 14803  df-subg 14929  df-nsg 14930  df-eqg 14931  df-ghm 14992  df-cmn 15402  df-abl 15403  df-mgp 15637  df-rng 15651  df-cring 15652  df-ur 15653  df-oppr 15716  df-dvdsr 15734  df-unit 15735  df-rnghom 15807  df-subrg 15854  df-lmod 15940  df-lss 15997  df-lsp 16036  df-sra 16232  df-rgmod 16233  df-lidl 16234  df-rsp 16235  df-2idl 16291  df-cnfld 16692  df-zrh 16770  df-zn 16773  df-dchr 21005
  Copyright terms: Public domain W3C validator